第42卷第3期2023年6月廣西電解鋁行業(yè)排污現(xiàn)狀及減污降碳途徑研究覃東棉1,文豐玉1,熊建華2,韋吉福3,張曉峰4(1.廣西博宇生態(tài)環(huán)境有限公司，南寧530000;2.廣西大學，南寧530004;3.廣西廣宏工程咨詢有限公司，南寧530000,4.廣西博環(huán)環(huán)境咨詢服務有限公司，南寧530000)摘要：為助力廣西電解鋁行業(yè)減污降碳，實現(xiàn)碳達峰、碳中和，通過污染物排放及碳排放計算，分析行業(yè)的污染物排放水平、碳排放水平，對行業(yè)未來減污降碳途徑進行情景分析。研究結(jié)果表明，行業(yè)二氧化硫的排放強度為9.6551kg/t-Al,惰性陽極新技術(shù)的應用，基本消除二氧化硫的排放。行業(yè)碳排放強度為9.288t/t-Al,其中電力消耗碳排放強度為7.5518t/t-Al,陽極炭塊消耗碳排放強度為1.4388t/t-Al,陽極效應碳排放強度為0.2982t/t-Al。采取控制電流消耗、炭陽極升級、CCS技術(shù)應用可基本消除電解鋁生產(chǎn)過程的碳排放。本文通過情景分析，提出廣西電解鋁行業(yè)減污降碳三步走思路，對廣西碳排放治理工作提供了新方法。關(guān)鍵詞：電解鋁；碳排放；煙氣脫硫；排放強度中圖分類號：X701文獻標識碼：A文章編號：1001-3644(2023)03-0174-08QINDong-mian1,WENFeng-yu1,XIONGJian-hua2,WEIJi-fu3,ZHANGXiao-f(1.GuangxiBoyuEcologicalEnuironmentCo.,Ltd,Nanning530000,China;2.GuangxiUniversity,Nanning530004,China;3.GuangxiguanghongEngineerinCo.,Ltd,Nanning530000,China;4.GuangxiBohuanEnvironmentalConsultingServicAbstract:InordertohelpelectrolyticaluminumindustryreducepollutionandcarboninGuapeakingandcarbonneutrality,thispaperanalyzedthepollutantemissionlevelandcarbonemissionlindustrythroughthepollutionandcarbonemissioncalculation,andcarbonreductioninthefuture.Theresultsshowedththeapplicationofinertanodetechnologycanbasicallyeliminatethesulfurdioxideemission.Thecaindustrywas9.288t/t-Al,including7.5518t/t-Alforpot-Alforanodeeffect.Carbonemissionsfromelectrolyticaluminumproductioncanbebasiconsumption,upgradingcarbonanodeandapplyingCCStechnology.Throughscenariothree-stepapproachtoreducepollutionandcarbonemissionsofelectrolyticaluminumindustryinGuangxmethodforcarbonemissioncontrKeywords:Electrolyticaluminum;carbonemission;fluegasdesulfuri2020年9月22日，習近平主席在第七十五屆放的二氧化碳量高達4.2億t,占有色金屬行業(yè)萬方數(shù)據(jù)總耗電量5375億千瓦時，占國內(nèi)發(fā)電量7.44%,其中火電占電解鋁用電總量的86%,水電等新能源占14%[2]。2020年，我國電解鋁行業(yè)年二氧化硫排放總量約達50萬t,占全國二氧化硫總排放318.2萬t的15.71%。行業(yè)二氧化硫的排放總量為21016t,占全區(qū)二氧化硫排放總量87843.14t的23.92%,廣西區(qū)電解鋁產(chǎn)業(yè)碳排放總量約為5469.93萬t,占全區(qū)碳排放量的7.01%,電解鋁行業(yè)作為高耗能高排放工業(yè)，末端治理[3~6,關(guān)于控制炭陽極消耗、炭陽極含硫率對行業(yè)減排的研究甚少。鋁行業(yè)碳排放研究表明，鋁行業(yè)減排的三個方向7,包括電力脫碳、國際上已經(jīng)對鋁生產(chǎn)溫室氣體減排有了明確的方向，但是各個地區(qū)的技術(shù)水平、能源利用結(jié)構(gòu)不盡相同12],基于廣西區(qū)域特征進行電解行業(yè)碳減產(chǎn)碳排放強度的75.8%,同時，廣西電解鋁企業(yè)90%均是單獨設(shè)立，不配套有炭陽極生產(chǎn)和氧化鋁網(wǎng)，電解鋁企業(yè)主要污染物排放環(huán)節(jié)為電解煙氣，原料用途的排放(炭陽極消耗)、過程排放(陽極效應)。本研究的研究對象以廣西電解鋁企業(yè)的特征確定，見圖1,本研究的時間期限為2011年~2020年。如表1所示，廣西現(xiàn)有電解鋁企業(yè)共11家13),總產(chǎn)能約279.5萬t,主要集中在百色市和來賓市，其中百色地區(qū)電解鋁產(chǎn)能達229.5萬t,占全區(qū)總產(chǎn)能的82.11%,分布在右江區(qū)、田陽7個市/縣；來賓電解鋁建成產(chǎn)能50萬t/a,占全區(qū)總產(chǎn)能17.89%。電解鋁企業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)均采用預焙陽極電解槽，電解槽型從最初的240kA的槽型發(fā)展至國內(nèi)最先進的600kA的槽型[14,電解煙氣從干法凈化系統(tǒng)逐步提升至干法煙氣凈化系統(tǒng)+濕法煙氣脫硫，3家企業(yè)采用了濕法電解煙氣脫硫技術(shù)，占比27.27%,電解煙氣處理技術(shù)達到國內(nèi)南方電網(wǎng)供應，電源主要為火電+水電，局域電網(wǎng)供電比例81.82%,火電供電比例與國家水平基本Tab.1Distributionofelectrolyticalumin(萬t/a)電能1企業(yè)1234萬方數(shù)據(jù) 萬方數(shù)據(jù)續(xù)表1(萬V/a)電能2020年廣西電解鋁產(chǎn)量完成217.77萬t,占全國電解鋁產(chǎn)能的5.87%[16,其中百色市電解鋁產(chǎn)量172.18萬t,占全區(qū)總產(chǎn)量的79.07%。從圖2可以看出，“十二五”期間，廣西電解鋁產(chǎn)能基本保持在60萬t左右，產(chǎn)能波動較小。“十三五”期間，得益于百色生態(tài)型鋁產(chǎn)業(yè)示范基地的建設(shè)以及廣西鋁產(chǎn)業(yè)“二次創(chuàng)業(yè)”的促進作用，廣西電解鋁行業(yè)進入一個飛速發(fā)展階段，電解鋁產(chǎn)量從“十二五”末的57.56萬t增加到了2020年的217.77萬t,增長了2.78倍。產(chǎn)量→同比增長00201120122013201420152016201720182019時間(年)Fig.2Changeofelectrolyticalumi硫、顆粒物和氟化物，二氧化硫采用物料衡算法，碳排放核算方法有很多[18],本研究碳排放核算方法來自《溫室氣體排放核算與報告要求第4碳(CF?)和六氟化碳(C?F?)兩種全氟化碳EPc=EFcF?×P×GWPco?通過污染物排放計算方法計算，廣西2011~3期覃東棉等：廣西電解鋁行業(yè)排污現(xiàn)狀及減污降碳途徑研究177萬方數(shù)據(jù)2020年期間電解鋁企業(yè)大氣污染物排放情況見表2,從廣西整體行業(yè)平均水平看，二氧化硫的排放強度為9.6551kg/tAl、氟化物的排放強度為0.1879kg/tAl、煙塵的排放強度為0.6077廣西電解鋁行業(yè)全年二氧化硫排放量為21026t/a、氟化物排放量為409t/a、煙塵的排放量為1323t/a,分析，企業(yè)2和企業(yè)8自備陽極炭生產(chǎn)車間，控制陽極炭塊中的含硫率，從常規(guī)電解鋁企業(yè)控制的2%降至0.61%～0.78%,二氧化硫的排放量可削減61%～69.4%。從炭陽極消耗量分析，廣西炭陽極凈耗量水平在394～410kg/tAl之間，從410kg/tAl降至397kg/tAl,二氧化硫的排放量可削減3.17%。從末端治理角度分析，企業(yè)1、企業(yè)3、企業(yè)4、企業(yè)5、企業(yè)6、企業(yè)7未采取煙氣脫硫，二氧化硫的排放強度在11.04～16kg/tAl,企業(yè)9、企業(yè)10、企業(yè)11采取了煙氣脫硫，二氧化硫的排放強度為2.364～2.4kg/tAl之間，末端煙氣脫硫可削減二氧化硫的排放量80%以上。表2廣西2011～2020年期間電解鋁企業(yè)大氣污染物排放情況Tab.2Emissionofairpollutantsfro陽極碳耗污染物排放量(kg/tAl)1企業(yè)1無2無3無42無52無62無72無8無922企業(yè)112解鋁行業(yè)污染集中在大氣污染，大氣污染排放量較大的因子為二氧化硫。針對電解鋁企業(yè)二氧化硫的減排對策，主要有控制炭陽極含硫率、降低炭陽極消耗量、增加末端治理措施以及惰性陽極技術(shù)的突破。廣西電解鋁炭陽極含硫率在0.61%～2.0%之間，行業(yè)陽極炭塊含硫率一般在0.2%～4.0%之間[20,廣西炭陽極消耗量在397～410kg/t-Al之間，行業(yè)在采取優(yōu)質(zhì)預焙陽極時，炭陽極消耗為380～400kg/t-Al21],硫[22,很多研究者在鋁電解惰性陽極上面進行了大量的研究[23,國家四部委也將鋁電解惰性陽極技術(shù)開發(fā)作為有色金屬冶煉行業(yè)節(jié)能降碳改造升級實施指南的工作方向。本研究以陽極消耗(現(xiàn)狀、最優(yōu)380kg/t-Al)、炭陽極含硫率(現(xiàn)狀、最優(yōu)0.2%)、煙氣治理措施(現(xiàn)狀、煙氣脫硫)、惰性陽極技術(shù)應用(現(xiàn)狀、惰性陽極技術(shù))為控制對象，設(shè)定減排情景，由于惰性陽極技術(shù)應用后，不應用的情景，共9個情景，見表3。萬方數(shù)據(jù)Tab.3Emissionreductionpotentialofelect陽極消耗陽極含硫率陽極種類二氧化硫排放單量削減率情景1無無無惰性陽極技術(shù)的應用無無無無無氣脫硫的情境下，二氧化硫的削減率分別為87.23%和79.27%,削減率較大，削減率最大為用仍需時間過程[24]。在雙向因素控制的情景下，率最低，為80.28%,控制炭陽極含硫率并進行煙氣脫硫的情景下，削減率最高，為97.51%,削減后行業(yè)二氧化硫的排放強度為0.2403kg/t-Al,廣西電解鋁企業(yè)二氧化硫排放總量為523t/a。在三項因素優(yōu)化的情景下，行業(yè)二氧化硫的排放強度為0.228kg/t-Al,廣西電解鋁企業(yè)二氧化硫排放總量為497t/a,相比于控制炭陽極含硫率并進行煙氣脫硫的情景僅下降0.13%,即在低炭陽極含硫率強度可降低至1.2328kg/t-Al,廣西電解鋁行業(yè)排放總量可降至2685t/a;第二步(2030年)進行煙氣脫硫，二氧化硫排放強度可降低至0.2403kg/t-Al,廣西電解鋁行業(yè)排放總量可降至523t/a;第三根據(jù)公式(1)～公式(3)計算電解鋁行業(yè)碳排放情況，計算出廣西2011-2020年期間電解鋁企業(yè)碳排放情況見表4,廣西電解鋁行業(yè)整體碳排放平均水平看，碳排放強度為9.288t/t-Al,其中電力消耗碳排放強度為7.5518t/t-Al,低于全國的7.8615t/t-AI24,炭陽極消耗碳排放強度為1.4388t/t-Al,與全國陽極消耗碳排放水平1.3~1.5t/t-Al持平，陽極效應碳排放強度為0.2982t/t平。電力消耗產(chǎn)生的碳排放是電解鋁企業(yè)碳排放的主要來源，占整個行業(yè)碳排量的81.30%,其次是炭陽極消耗，占比為15.49%,陽極效應過程碳排放占比很小，僅為3.21%。電力消耗主要取決于企業(yè)的交流電耗，廣西電解鋁企業(yè)的交流電耗水平與全國的水平對比情況見圖3,僅有兩家未達到《高耗能行業(yè)重點領(lǐng)域能效標桿水平和基準水平占比18.18%,其中有6家企業(yè)達到了《高耗能行業(yè)重點領(lǐng)域能效標桿水平和基準水平(2021年版)》的標桿水平(13000kWh/t-Al),占比54.55%,廣西電解鋁行業(yè)交流電耗控制水平尚佳，3期覃東棉等：廣西電解鋁行業(yè)排污現(xiàn)狀及減污降碳途徑研究179萬方數(shù)據(jù)電力消耗碳排放(t/t-Al)陽極炭塊消耗碳排放(/t-Al)陽極效應碳排放(t/t-Al)企業(yè)1企業(yè)11企業(yè)6交流電耗…基準水平—標桿水平企業(yè)名稱Fig.3ACpowerconsumptionlevelofelectrolytic碳捕獲與封存(CCS)技術(shù)應用26]。電解鋁行業(yè)在采取優(yōu)質(zhì)預焙陽極時，炭陽極消耗為380~400kg/t-AI21;隨著鋁工業(yè)整體技術(shù)進步，鋁電可以控制在12500kWh/t-Al27~29〕;惰性陽極技術(shù)在不斷研發(fā)推進中，包括鐵基陽極和陶瓷陽極等，放。本研究以炭陽極消耗380kg/t-Al、交流電耗12500kWh/t-Al、惰性陽極技術(shù)和碳捕獲與封存(CCS)技術(shù)應用為控制對象，設(shè)定碳減排情景，見表5。電力消耗表5廣西電解鋁行業(yè)減排潛勢reductionpotentialofelectrol(萬/a)削減率情景1 萬方數(shù)據(jù)削減15.49%的碳排放；采用CCS技術(shù)的情景下，可削減18.70%的碳排放量；控制交流電耗12500kWh/t-Al的情境下，可削減3.91%的碳排放量。在雙因素優(yōu)化的情景下，控制交流電耗12500kWh/t-Al、炭陽極升級為惰性陽極的情境下，可削減18.60%的碳排放；控制交流電耗12500kWh/t-Al、采用CCS的情境下，可削減21.81%的碳排放。新技術(shù)惰性陽極及碳捕獲與封存(CCS)的技達峰、碳中和之路可以采取三部走，第一步(2025年)將普通的炭陽極升級為優(yōu)質(zhì)炭陽極，并度可降低至8.926t/t-Al,電解鋁行業(yè)碳排放總量可降至1944萬t/a;第二步(2030年)進行惰性t-Al,電解鋁行業(yè)排放總量可降至1646萬t/a,下降18.60%;第三部(2060年)采用CCS技術(shù)，對電解過程產(chǎn)生的PFCs進行捕集和封存，消除電解鋁行業(yè)二氧化硫的排放強度為9.6551kg/t-氟化物的排放強度為0.1879kg/t-Al、煙塵的排放強度為0.6077kg/t-Al。其中二氧化硫的排放低至1.2328kg/t-Al,廣西電解鋁行業(yè)排放總量可降至2685t/a;第二步進行煙氣脫硫，二氧化硫排放強度可降低至0.2403kg/t-Al,廣西電解鋁行業(yè)排放總量可降至523t/a;第三部進行惰性陽極行業(yè)碳排放強度為9.288t/t-Al,碳排放總量為2023萬t/a,其中電力消耗碳排放強度為7.5518t/t-Al,占比81.3%,是行業(yè)碳減排的關(guān)鍵因素。部走，第一步將普通的炭陽極升級為優(yōu)質(zhì)炭陽極，強度可降低至8.926t/t-Al;第二步進行惰性陽極新技術(shù)的應用，碳排放強度可降低至7.5607t/t-Al;第三部采用CCS技術(shù)，對電解過程產(chǎn)生的PF-Cs進行捕集和封存，消除電解鋁過程碳排放，在進CCS技術(shù)，從而改善行業(yè)污染物及碳排放排放要加以解決，通過本文研究，提供一種以清潔生[1]杜心，謝文俊，王世興.我國鋁行業(yè)碳達峰碳中和路徑研究[J].有色冶金節(jié)能，2021,8(4):14.[2]竇宏秀，王震.加快電解鋁行業(yè)碳達峰助力鋁產(chǎn)業(yè)綠色低[3]張素娣，馬普利，張丹.電解鋁煙氣治理現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢分析[J].甘肅冶金，2021,43(6):48-54.[4]高三平.電解鋁脫硫調(diào)研評估及新型技術(shù)應用研究[D].上[5]余創(chuàng)，彭學斌，田林，等.電解鋁煙氣脫硫技術(shù)研究進展[J].云南冶金，2019,48(4):40-[6]劉大鈞，家權(quán).我國電解鋁行業(yè)現(xiàn)狀分析及環(huán)保優(yōu)化發(fā)展[7]TheIntermationalAluminiumhousegaspathwaysto2050[EB/OL].2021-03.[8]竇宏秀，王震.加快電解鋁行業(yè)碳達峰助力鋁產(chǎn)業(yè)綠色低[9]丁寧，高峰，王志宏，等.原鋁與再生鋁生產(chǎn)的能耗和溫室氣體排放對比[J].中國有色金屬